(57)【要約】  本発明によれば、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなり、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織との２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，
Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，
Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，
Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，
残部は、Ｎｉからなり、
初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織との２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項２】
Ｎｂの含有量が２．０原子％以上７．３原子％以下である請求項１に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項３】
Ｎｂの含有量が３．０原子％より多く７．３原子％以下であり、Ｃの含有量が０原子％より多く４．６原子％以下である請求項１又は２に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項４】
Ｎｂの含有量が３．１原子％以上５．３原子％以下であり、Ｃの含有量が０．２原子％以上２．４原子％以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項５】
前記Ａｌ，Ｖ及びＮｉの合金材料に、ＮｂＣを添加して形成される請求項１〜４のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項６】
前記Ｎｂ及びＣがＮｂＣとして含まれる請求項１〜５のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項７】
前記２重複相組織と異なる組織を有し、この組織がＮｂＣを含む組織である請求項５に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項８】
Ｂをさらに含み、Ｂの含有量が０重量ｐｐｍより多く１０００重量ｐｐｍ以下である請求項１〜７のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項９】
Ｂの含有量が５０重量ｐｐｍ以上１０００重量ｐｐｍ以下である請求項８に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項１０】
Ａｌの含有量が６原子％以上１０原子％以下であり、
Ｖの含有量が１２．０原子％以上１６．５原子％未満，
である請求項１〜９のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【請求項１１】
Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなる溶湯を徐冷することにより、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を形成する工程と、
初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を有する組織を冷却することにより、Ａ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程と、
を備えるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１２】
Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなる溶湯で鋳塊を作製する工程と、
前記鋳塊に対して、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度で第1熱処理を行う工程と、
第1熱処理後、冷却することによりＡ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程と、
を備えるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１３】
Ｎｉを主成分とし、かつＡｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，ＮｂＣ：０原子％より多く１２．５原子％以下，の合金材料からなる溶湯を徐冷することにより、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を形成する工程と、
初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を有する組織を冷却することにより、Ａ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程と、
を備えるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１４】
Ｎｉを主成分とし、かつＡｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，ＮｂＣ：０原子％より多く１２．５原子％以下，の合金材料からなる溶湯で鋳塊を作製する工程と、
前記鋳塊に対して、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度で第1熱処理を行う工程と、
第1熱処理後、冷却することによりＡ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程と、
を備えるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１５】
ＮｂＣの含有量は、０原子％より多く４．６原子％以下である請求項１３又は１４に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１６】
さらに、均質化熱処理又は溶体化熱処理を備える請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１７】
前記均質化熱処理又は溶体化熱処理は、１５０３Ｋ以上１６０３Ｋ以下の温度の熱処理である請求項１６に記載のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３又は１４に記載の製造方法によって得られる、２重複相組織とＮｂＣを含む組織とで構成されるＮｉ基２重複相金属間化合物合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温で優れた特性を示す合金として、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この合金は、初析Ｎｉ3Ａｌ（Ｌ１2）の間隙に存在するＡｌ（ｆｃｃ）（上部組織）が低温で共析変態し、Ｎｉ3Ａｌ（Ｌ１2）とＮｉ3Ｖ（Ｄ０22）とからなる下部組織である２重複相組織を形成する。このため、この合金は高温で優れた機械的特性を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／１０１２１２号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００７／０８６１８５号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／０４１５９２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、既存のＮｉ合金に匹敵するかそれを上回る特性を有しているが、室温から高温にわたる広範囲な温度領域において、より優れた引張強度及び延性特性を有するＮｉ基金属間化合物合金が望まれている。例えば、この合金が備える２重複相組織の力学特性を十分引き出すため、より結晶粒界破壊が生じにくいＮｉ基２重複相金属間化合物合金の開発が望まれている。【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、室温から高温にわたる広範囲な温度領域において、優れた引張強度及び延性特性を有する２重複相金属間化合物合金を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によれば、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなり、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織との２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の発明者らは、Ｃ原子の固溶強化による強度上昇とＣ原子の粒界偏析による粒界破壊抑制に着目し、Ｃ原子をＮｉ基２重複相金属間化合物合金に導入することを発案し、鋭意研究を行った。その結果、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ及びＮｂを含むＮｉ基２重複相金属間化合物合金においてＣを含有させることによって、引張強度及び延性特性を向上させることができることを見出し、本発明の完成に到った。
この発明によれば、室温から高温にわたる広範囲な温度領域において、引張強度及び延性特性に優れたＮｉ基２重複相金属間化合物合金が提供される。
以下、この発明の種々の実施形態を例示する。以下の記述中で示す構成は、例示であって、この発明の範囲は、以下の記述中で示すものに限定されない。なお、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６，Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３及びＮｏ．１５〜Ｎｏ．１９は、この発明の実施形態に係る試料である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】Ｎｏ．１（比較例）並びにＮｏ．２，Ｎｏ．４及びＮｏ．６（実施例）の試料の断面光学顕微鏡写真である。
【図２】Ｎｏ．１（比較例）並びにＮｏ．３，Ｎｏ．４及びＮｏ．６（実施例）の試料のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図３】Ｎｏ．１（比較例）並びにＮｏ．３，Ｎｏ．４及びＮｏ．６（実施例）の試料のＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図４】Ｎｏ．１（比較例）の試料（ｂａｓｅ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図５】Ｎｏ．３（実施例）の試料（０．５ａｔ．％  ＮｂＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図６】Ｎｏ．４（実施例）の試料（１．０ａｔ．％  ＮｂＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図７】Ｎｏ．６（実施例）の試料（５．０ａｔ．％  ＮｂＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図８】Ｎｏ．１（比較例），Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例）の試料について、ＮｂＣの添加量と室温ビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図９】Ｎｏ．１（比較例）の試料（ｂａｓｅ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１０】Ｎｏ．２（実施例）の試料（０．２ａｔ．％  ＮｂＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１１】Ｎｏ．３（実施例）の試料（０．５ａｔ．％  ＮｂＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１２】Ｎｏ．４（実施例）の試料（１．０ａｔ．％  ＮｂＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１３】Ｎｏ．５（実施例）の試料（２．５ａｔ．％  ＮｂＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１４】Ｎｏ．６（実施例）の試料（５．０ａｔ．％  ＮｂＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図１５】Ｎｏ．１（比較例），Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例）の試料について、室温（ＲＴ）における降伏強度、引張強度及び伸びとＮｂＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図１６】Ｎｏ．１（比較例），Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例）の試料について、８７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＮｂＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図１７】Ｎｏ．１（比較例），Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例）の試料について、１０７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＮｂＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図１８】Ｎｏ．１（比較例），Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例）の試料について、１１７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＮｂＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図１９】引張試験後のＮｏ．１（比較例）及びＮｏ．４（実施例）の破面のＳＥＭ写真である。
【図２０】引張試験後のＮｏ．１（比較例）及びＮｏ．４（実施例）の破面を拡大して表示したＳＥＭ写真である。
【図２１】引張試験後のＮｏ．６（実施例）の試料（５．０ａｔ．％  ＮｂＣ）の破面のＳＥＭ写真である。
【図２２】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０（実施例）の試料のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図２３】Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図２４】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０（実施例）の試料のＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図２５】Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料のＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図２６】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料について、室温（ＲＴ）における降伏強度、引張強度及び伸びとＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図２７】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料について、８７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図２８】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料について、１０７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図２９】Ｎｏ．７（比較例），Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３（実施例）の試料について、１１７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図３０】Ｎｏ．１４（比較例）並びにＮｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９（実施例）の試料の断面光学顕微鏡写真である。
【図３１】Ｎｏ．１４（比較例）並びにＮｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９（実施例）の試料のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図３２】Ｎｏ．１４（比較例）並びにＮｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９（実施例）の試料のＳＥＭ写真（５０００倍）である。
【図３３】Ｎｏ．１４（比較例）の試料（ｂａｓｅ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図３４】Ｎｏ．１６（実施例）の試料（０．５ａｔ．％  ＴｉＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図３５】Ｎｏ．１７（実施例）の試料（１．０ａｔ．％  ＴｉＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図３６】Ｎｏ．１９（実施例）の試料（５．０ａｔ．％  ＴｉＣ）のＸ線測定結果を示すグラフである。
【図３７】Ｎｏ．１４（比較例），Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９（実施例）の試料について、ＴｉＣの添加量と室温ビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図３８】Ｎｏ．１４（比較例）の試料（ｂａｓｅ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図３９】Ｎｏ．１５（実施例）の試料（０．２ａｔ．％  ＴｉＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図４０】Ｎｏ．１６（実施例）の試料（０．５ａｔ．％  ＴｉＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図４１】Ｎｏ．１７（実施例）の試料（１．０ａｔ．％  ＴｉＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図４２】Ｎｏ．１８（実施例）の試料（２．５ａｔ．％  ＴｉＣ）の降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図４３】Ｎｏ．１９（実施例）の試料（５．０ａｔ．％  ＴｉＣ）降伏強度、引張強度及び伸びの測定結果を示すグラフである。
【図４４】Ｎｏ．１４（比較例），Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９（実施例）の試料について、室温（ＲＴ）における降伏強度、引張強度及び伸びとＴｉＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図４５】Ｎｏ．１４（比較例），Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９（実施例）の試料について、８７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＴｉＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図４６】Ｎｏ．１４（比較例），Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９（実施例）の試料について、１０７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＴｉＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図４７】Ｎｏ．１４（比較例），Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９（実施例）の試料について、１１７３Ｋにおける降伏強度、引張強度及び伸びとＴｉＣ濃度との関係を示すグラフである。
【図４８】引張試験後のＮｏ．１４（比較例）及びＮｏ．１７（実施例）の破面のＳＥＭ写真である。
【図４９】引張試験後のＮｏ．１４（比較例）及びＮｏ．１７（実施例）の破面を拡大して表示したＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明に係るＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなり、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織との２重複相組織を有する。
ここで、残部はＮｉからなるが、この残部には、不可避的不純物が含まれてもよい。以下、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金において，特に記載しない限り、Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃ及びＮｉの原子％を合計すると１００原子％の組成となる。
また、初析Ｌ１2相は、例えば、図３に示されるように、Ａ１相の間に分散されて配置されるＬ１2相であり、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織は、例えば、同図に示されるように、Ａ１相が分離して形成された、Ｌ１2とＤ０22とで構成される共析組織である。
【００１０】
Ｎｂ及びＣの含有量は、好ましくは、Ｎｂの含有量が２．０原子％以上７．３原子％以下であり、Ｃの含有量が０原子％より多く４．６原子％以下である。（実施例１〜５で示されるように、例えば、Ｎｂの含有量が３．０原子％より多くてもよい。）また、より好ましくは、Ｎｂの含有量が３．１原子％以上５．３原子％以下であり、Ｃの含有量が０．２原子％以上２．４原子％以下である。これらの範囲であれば、引張強度及び延性特性を向上させることができる。
引張強度及び延性特性の向上は、Ｃによる固溶強化機構の発現とＣの粒界偏析による粒界破壊抑制によるので、Ｎｂの含有量とＣの含有量は、同じ含有量であってもよいし、また、異なる含有量であってよい。例えば、Ｎｂの含有量がＣの含有量より少なくてもよい。また、Ｎｂ及びＣの含有量が微量であっても引張強度及び延性特性が向上するから、Ｎｂ及びＣの含有量は後述するＢの含有量と同程度であってもよい。
【００１１】
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、その実施形態において、前記Ａｌ，Ｖ及びＮｉの合金材料に、ＮｂＣを添加して形成されてもよい。つまり、Ｎｉを主成分とし、かつＡｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，の合金材料に、ＮｂＣを添加して形成される合金であってもよい（言い換えると、これらの合金材料にＴｉＣを添加し溶解、凝固させることにより得られる合金であってもよい）。
この実施形態によれば、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金の材料に、Ｃを炭化物として導入するが、添加されたＮｂＣが２重複相組織マトリックス中で第二相粒子として存在する場合においても、あるいは、ＮｂＣがＮｂとＣに分解して２重複相組織マトリックスに固溶する場合のいずれにおいても、２重複相組織の形成の妨げとならない。このため、引張強度及び延性特性を向上させることができる。
また、前記ＮｂＣの添加量は、０原子％より多く１２．５原子％以下であるとよい。また、ＮｂＣの添加は、例えば、前記合金材料にＮｂＣを添加した溶湯から鋳塊を作製して形成される。ＮｂＣの添加量は、好ましくは、０原子％より多く４．６原子％以下であり、また、より好ましくは、０．２原子％以上２．４原子％以下である。これらの範囲のＮｂＣを添加して形成される合金であれば、より引張強度及び延性特性を向上させることができる。
なお、前記ＮｂＣの添加量は、前記Ｎｉ，Ａｌ及びＶの合金材料に、ＮｂＣを添加して１００原子％となる数値である。
また、このＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、前記発明の構成において、前記Ｎｂ及びＣがＮｂＣとして含まれてもよい。つまり、添加されたＮｂＣが分解されたＮｂとＣとを含むＮｉ基２重複相金属間化合物合金であってもよいが、添加されたＮｂＣが分解されたＮｂ及びＣ並びにＮｂＣを含むＮｉ基２重複相金属間化合物合金であってもよい。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、その実施形態において、前記２重複相組織と異なる組織を有し、この組織が、ＮｂＣを含む組織であってもよい。前記Ａｌ，Ｖ，及びＮｉの合金材料にＮｂＣが添加されて形成される場合、このＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、添加されたＮｂＣが分解されてＮｂとＣを含む２重複相組織を有してもよいが、この２重複相組織のほかＮｂＣを含む組織を有してもよい。例えば、Ｎｂ及びＣを多く含む場合、２重複相組織と異なる組織が形成され、Ｖ，Ｎｂ及びＣを主成分とする第２相粒子（炭化物粒子）が形成される。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、その実施形態において、前記ＮｂＣが添加されて形成される合金のほか、Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ及びＣの合金材料から形成される合金（すなわち、これらの材料を溶解、凝固することにより得られる合金）であってもよいし、また、ＴｉＣが添加されてＴｉをさらに含む合金であってもよい。
【００１２】
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、その実施形態において、前記構成に加え、さらにＢを含んでもよい。つまり、Ｂの含有量が０重量ｐｐｍであってもよいが、Ｂの含有量が０重量ｐｐｍより多く１０００重量ｐｐｍ以下であってもよい。ＢとＣとが同時に含まれると、ＢとＣとが粒界偏析し、これにより粒界破壊が抑制されるので、上記微量のＢが含有されるとよい（例えば、０重量ｐｐｍより多い含有量であるとよい）。
また、このＢの含有量は、好ましくは、５０重量ｐｐｍ以上で１０００重量ｐｐｍ以下であり、より好ましくは、１００重量ｐｐｍ以上で８００重量ｐｐｍ以下である。
なお、Ｂの上記含有量は、Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃ及びＮｉを含む合計１００原子％の組成の合計重量に対する数値である。
【００１３】
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、Ａｌ及びＶの含有量が、好ましくは、Ａｌの含有量が６原子％以上１０原子％以下であり、Ｖの含有量が１２．０原子％以上１６．５原子％未満である。Ａｌ及びＶの含有量がこれらの範囲であれば、２重複相組織が形成されやすい。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記で説明したＡｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃ，Ｎｉ及び不可避的不純物のほか、Ｔｉをさらに含んでもよい。例えば、Ｔｉをさらに含み、Ｔｉの含有量が０．０より多く４．６以下であってもよい。
【００１４】
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の第１の製造方法は、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなる溶湯を徐冷することにより、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を形成する工程と、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を有する組織を冷却することにより、Ａ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程とを備える。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の第２の製造方法は、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，残部は、Ｎｉからなる溶湯で鋳塊を作製する工程と、前記鋳塊に対して、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度で第1熱処理を行う工程と、第1熱処理後、冷却することによりＡ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程と、を備える。
ここで、第１及び第２の製造方法において、溶湯で鋳塊を作製する前記工程は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，Ｎｂ：０原子％より多く１２．５原子％以下，Ｃ：０原子％より多く１２．５原子％以下，の合金材料からなる溶湯で鋳塊を作製する工程を含む。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の第３の製造方法は、Ｎｉを主成分とし、かつＡｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，ＮｂＣ：０原子％より多く１２．５原子％以下，の合金材料からなる溶湯を徐冷することにより、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を形成する工程と、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する組織を有する組織を冷却することにより、Ａ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程とを備える。
また、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の第４の製造方法は、Ｎｉを主成分とし、かつＡｌ：５原子％より多く１３原子％以下，Ｖ：９．５原子％以上１７．５原子％未満，ＮｂＣ：０原子％より多く１２．５原子％以下，の合金材料からなる溶湯で鋳塊を作製する工程と、前記鋳塊に対して、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度で第1熱処理を行う工程と、第1熱処理後、冷却することによりＡ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる工程とを備える。
ここで、溶湯を徐冷して鋳造するとは、例えば、セラミックス製の鋳型を用いて鋳造を行うほか、金型に鋳造する場合に、金型を断熱材等で包む等によって実施できる。
また、上記ＮｂＣを含有する溶湯から鋳塊を作製する工程において、Ｎｉ,Ａｌ及びＶの合金材料にＮｂＣが添加されて溶湯が作製される。ＮｂＣの含有量（添加量）、好ましくは０原子％より多く４．６原子％以下であり、より好ましくは、０．２原子％以上２．４原子％以下である。
また、これらの製造方法は、その実施形態において、前記工程に加え、さらに、均質化熱処理又は溶体化熱処理を備えてもよい。均質化熱処理又は溶体化熱処理は、例えば、１５０３Ｋ以上１６０３Ｋ以下の温度で行ってもよい。
また、第1熱処理は、均質化熱処理又は溶体化熱処理を兼ねてもよい。
なお、この発明の第１及び第２の製造方法において、Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃ及びＮｉから合計１００原子％の組成となる。一方、この発明の第３及び第４の製造方法において、上記ＮｂＣの含有量（添加量）は、前記Ｎｉ，Ａｌ及びＶの合金材料に、ＮｂＣを添加して１００原子％となる数値である。上記溶湯から鋳塊を作製する工程における溶湯とは、上記含有量（添加量）のＮｂＣを添加して１００原子％とした合金材料の溶湯を意味する。
【００１５】
ここで示した実施形態は、互いに組み合わせることができる。本明細書において、「〜」は、両端の点を含む。（なお、原子％は、ａｔ．％で表記される。）
以下、これらの実施形態の各元素について詳述する。
【００１６】
Ａｌの具体的な含有量は，５ａｔ．％より多く１３ａｔ．％以下であり、例えば５．５，６，６．５，７，７．５，８，８．５，９，９．５，１０，１０．５，１１，１１．５，１２，１２．５又は１３ａｔ．％である。Ａｌの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。
【００１７】
Ｖの具体的な含有量は，９．５ａｔ．％以上で１７．５ａｔ．％未満であり、例えば９．５，１０，１０．５，１１，１１．５，１２，１２．５，１３，１３．５，１４，１４．５，１５，１５．５，１６，１６．５又は１７ａｔ．％である。Ｖの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。
【００１８】
Ｎｂの具体的な含有量は，０．０ａｔ．％より多く１２．５ａｔ．％以下であり、好ましくは、２．０原子％以上７．３原子％以下である。例えば、０．１，０．５，１，１．５，２．０，２．５，２．７，２．８，２．９，３．０，３．１，３．２，３．３，３．４，３．５，３．９，４，４．５，５，５．２，５．３，５．５，６，６．５，７，７．２，７．３，７．５，８，８．５，９，９．５，１０，１０．５，１１，１１．５，１２，１２．５ａｔ．％である。Ｎｂの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。
【００１９】
Ｃの具体的な含有量は、０ａｔ．％より多く１２．５ａｔ．％以下であり、例えば，０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．９，１，１．５，２，２．３，２．４，２．５，３，３．５，４，４．５，４．６，５，５．５，６，６．５，７，７．５，８，８．５，９，９．５，１０，１０．５，１１，１１．５，１２，１２．５ａｔ．％である。
【００２０】
また、Ｎｂ及びＣの含有量は、ＮｂＣを上記各元素からなる材料に添加して溶解させてなる含有量であってもよいが、その場合のＮｂＣの具体的な含有量は、０ａｔ．％より多く１２．５ａｔ．％以下であり、例えば、１，２，３，４，５，１０，１２，１２．５ａｔ．％である。また、好ましくは、０ａｔ．％より多く４．６ａｔ．％以下である。例えば０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．９，１，１．５，２，２．３，２．４，２．５，３，３．５，４，４．５，４．６ａｔ．％である。Ｎｂ，Ｃ及びＮｂＣの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。
なお、これらＮｂＣの添加量は、前記Ｎｉ，Ａｌ及びＶの合金材料に、ＮｂＣを添加して１００原子％となる数値である。
【００２１】
Ｎｉの具体的な含有量（含有率）は，好ましくは７３〜７７ａｔ．％であり，さらに好ましくは７４〜７６ａｔ．％である。このような範囲であれば，Ｎｉの含有量と，（Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ）の含有量の合計が３：１に近くなり，２重複相組織を構成の相であるＬ１2相及びＤ０22相以外の相が出現しにくくなるからである。Ｎｉの具体的な含有量は，例えば７３，７３．５，７４，７４．５，７５，７５．５，７６，７６．５又は７７ａｔ．％である。Ｎｉの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。
【００２２】
Ｂの具体的な含有量は、５０重量ｐｐｍ以上１０００重量ｐｐｍ以下であり、例えば５０，１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０，４００，４５０，５００，５５０，６００，６５０，７００，７５０，８００，８５０，９００，９５０又は１０００重量ｐｐｍである。Ｂの含有量の範囲は，上記具体的な含有量として例示した数値の何れか２つの間であってもよい。なお、Ｂの上記含有量は、Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃ及びＮｉを含む合計１００原子％の組成の合計重量に対する数値である。
【００２３】
この発明の実施形態に係るＮｉ基２重複相金属間化合物合金の具体的な組成は、例えば、表１〜３に示す組成に上記含有量のＢを添加したものである。
【００２４】
【表１】
2011118798.tif 000003
【００２５】
【表２】
2011118798.tif 000004
【００２６】
【表３】
2011118798.tif 000005
【００２７】
なお、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、後述するように、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織との２重複相組織が形成される。Ｌ１2相は、Ｎｉ3Ａｌ金属間化合物相であり、Ｄ０22相は、Ｎｉ3Ｖ金属間化合物相である。また、Ｌ１2相、Ｄ０22相のほか、その組成により、Ｎｉ3Ｎｂ金属間化合物相であるＤ０a相を含む。
次に、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法について、説明する。
【００２８】
まず、各元素が上記で説明した割合となるように地金を秤量し、これを加熱することにより溶解させて、この溶湯を冷却することにより凝固させる。
ここで、Ｎｂ及びＣは、炭化物であるＮｂＣを用いることにより、上記割合となるようにしてもよい。ＮｂＣであれば、２重複相組織が形成されやすく、引張強度及び延性特性が向上したＮｉ基２重複相金属間化合物合金を容易に製造できるからである。
【００２９】
次いで、凝固した合金材に対して、初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度で第1熱処理を行い、第1熱処理後、冷却することによりＡ１相をＬ１2相とＤ０22相とに分解させる。
これにより、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金が形成される。
なお、Ｌ１2相は、Ｎｉ3Ａｌ金属間化合物相であり、Ａ１相は、ｆｃｃ固溶体相であり、Ｄ０22相は、Ｎｉ3Ｖ金属間化合物相である。
【００３０】
２重複相組織を有する金属間化合物合金は、特許文献１〜３に記載された方法によって作製することができる。例えば、特許文献３に示すように、溶解・凝固により得られた合金材（鋳塊など）に対して，初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度，又は初析Ｌ１2相とＡ１相とＤ０a相が共存する温度で第１熱処理を行い，その後，Ｌ１2相とＤ０22相及び又はＤ０a相とが共存する温度に冷却するか，その温度で第２熱処理を行うことによってＡ１相を（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する工程によって製造することができる。
但し、これらの特許文献では、独立したプロセスとして初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度での熱処理を行うことによって上部複相組織を形成しているが、この熱処理を行う代わりに金属間化合物合金の鋳塊を作製する際に溶湯を徐冷することによっても上部複相組織を形成することができる。溶湯を徐冷した場合、溶湯が凝固した後に初析Ｌ１2相とＡ１相とが共存する温度に比較的長い時間滞在することになるので、上記熱処理を行った場合と同様に初析Ｌ１2相とＡ１相とからなる上部複相組織が形成されるからである。
【００３１】
第１熱処理及び第２熱処理は、特許文献１〜３の方法によってもよいが、この発明のＮｉ基２重複相金属間化合物合金の場合、例えば、第1熱処理は、１５０３〜１６０３Ｋで行い、溶体化熱処理（均質化熱処理）を兼ねる。
【００３２】
次に、実施例を挙げてこの発明を具体的に説明する。以下の実施例では、鋳造材を作製し外観観察をした後、鋳造材に対して熱処理を施すことによって２重複相組織を有する金属間化合物を作製して，その機械的特性を調べた。
【００３３】
〔実施例１〜５〕
比較例１及び実施例１〜５の鋳造材は、表４のＮｏ．１〜６に示す割合のＮｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂの地金（それぞれ純度９９．９重量％）及びＢ，ＮｂＣの粉体（粒径約１〜３μｍ）をアーク溶解炉内の鋳型中で溶解、凝固することによって作製した。アーク溶解炉の雰囲気は，まず，溶解室内を真空排気し，その後不活性ガス（アルゴンガス）に置換した。電極は，非消耗タングステン電極を用い，鋳型には水冷式銅ハースを使用した。以下の説明では，上記鋳造材を「試料」と呼ぶ。
なお、表４において、ＮｂＣとＢの数値は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂを含む合計１００ａｔ．％の組成に対する原子％である。
【００３４】
【表４】
2011118798.tif 000006
【００３５】
また、表４において、ＮｂＣが添加されていない、Ｎｏ．１の試料が比較例１であり（以下、基本合金ともいう）、ＮｂＣが添加されている、Ｎｏ．２〜６の試料が本発明の実施例１〜５である。なお、参考として、表５に、表４の試料における各元素の含有量を示す（表５は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ及びＣの合計（Ｂを除く）を１００％としたときの各元素の原子％である。添加されたＮｂＣは、１個のＮｂＣ化合物がＮｂ原子１個とＣ原子１個に完全に分解するものとして換算した。）
【００３６】
【表５】
2011118798.tif 000007
【００３７】
（鋳造材の外観観察）
作製された試料について、その断面の観察を行った。図１にＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．４及びＮｏ．６の断面光学顕微鏡写真を示す。図１において（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各写真は、Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．４，Ｎｏ．６の試料の各写真にそれぞれ対応している。
図１を参照すると、Ｎｏ．２から結晶粒が微細化していることがわかる。
また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の断面観察から、ＮｂＣの添加量が０．２ａｔ．％から０．５ａｔ．％の間で、結晶粒の微細化が進むことが判明した。
【００３８】
次に、作製された試料に対して、溶体化熱処理として１５５３Ｋ×５時間の真空熱処理を施した。
なお、この実験において、上記溶体化熱処理が第１熱処理を兼ねており、その後の炉冷が、Ｌ１2相とＤ０22相とが共存する温度への冷却に相当する。
【００３９】
（組織観察）
次に、熱処理された試料について、ＳＥＭによる組織観察を行った。図２及び図３にその写真を示す。図２は、Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．４及びＮｏ．６の試料の金属組織写真（１０００倍）であり、図３は同試料の母相（matrix）を高倍率で観察したときの金属組織写真（５０００倍）である。また、図２及び図３において、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各写真は、Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．４及びＮｏ．６の各試料にそれぞれ対応している。
図２を参照すると、ＮｂＣが添加された試料のＮｏ．３，Ｎｏ．４及びＮｏ．６には、炭化物と考えられる第２相粒子が存在し、ＮｂＣが添加されていない試料であるＮｏ．１にはこの第２相粒子が存在しないことがわかる（図２における矢印の部分）。
図３を参照すると、ＮｂＣの添加の有無にかかわらず、各試料の母相に２重複相組織が形成されていることがわかる。また、各試料の母相に初析Ｌ１2相と共析組織が形成されていることがわかる。これらのことから、ＮｂＣの添加によるＣが金属間化合物に導入されても、２重複相組織が維持されることがわかった。
【００４０】
（組成分析）
また、熱処理が施された試料について、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）による母相と炭化物（第２相粒子）の組成分析を行った。表６及び表７にその結果を示す。表６は、Ｎｏ．１の試料における母相（matrix）の組成分析結果を示す表であり、表７は、Ｎｏ．６の試料における母相（matrix）及び炭化物（第２相粒子：表では「Dispersion」と記載）の組成分析結果を示す表である。Ｎｏ．１の試料は、炭化物（第２相粒子）が観察されたＮｏ．６の試料と組成を比較するために示す。なお，表６と表７中の数値はすべて原子％（ａｔ．％）である。
【００４１】
【表６】
2011118798.tif 000008
【００４２】
【表７】
2011118798.tif 000009
【００４３】
表６及び表７を参照すると、Ｎｏ．６の試料の母相は、Ｎｏ．１の試料の母相よりもＶの濃度が低く、Ｃの濃度が高いことがわかる。また、Ｎｏ．６の試料の炭化物（第２相粒子）は、Ｎｂ及びＣのほか、Ｖ，の濃度が高いことがわかる。さらに、Ｎｏ．６の試料は、母相及び炭化物ともに、Ｎｂの濃度とＣの濃度との比が１対１ではないことがわかる。
以上から、添加されたＮｂＣは、溶出して新たな組織を形成していることが理解できる。また、ＮｂＣを添加することにより、Ｃが母相に、Ｖが炭化物（第２相粒子）にそれぞれ分配されて固溶したことが理解できる。表６及び表７から、ＮｂＣ以外に、Ｎｂ及びＣを別々に試料に導入しても２重複相組織を形成できることが推察できる。
【００４４】
（相同定）
次に、熱処理された試料について、金属組織の相を同定するためＸ線測定（ＸＲＤ，Xray diffraction）を行った。図４〜図７にその結果を示す。図４〜図７は、Ｎｏ．１の試料及びＮｏ．３の試料，Ｎｏ．４の試料，Ｎｏ．６の試料のＸ線回折プロファイルである。図の中の印は、２重複相組織を構成する材料であるＮｉ3Ａｌ（L１2相），Ｎｉ3Ｖ（Ｄ０22相）及びＮｂＣのピーク位置を示している。これらのピーク位置は、おのおの、丸印、三角印、四角印で示している。
図４〜図７に示されるように、Ｎｏ．３，Ｎｏ．４，Ｎｏ．６において、ＮｂＣによるピークが観察された。Ｎｏ．１及びＮｏ．３，Ｎｏ．４，Ｎｏ．６のいずれの試料においても、Ｎｉ3Ａｌ（L１2相）及びＮｉ3Ｖ（Ｄ０22相）によるピークが観察された。以上から、ＮｂＣの添加の有無によらず、すべての試料で、ＮｂＣのピークを除いて、２重複相組織の構成相であるＮｉ3Ａｌ（L１2相）及びＮｉ3Ｖ（Ｄ０22相）以外の相は形成されていないことがわかった。また、上記組織観察で観察された炭化物（第２相粒子）がＮｂＣであることがわかった。
【００４５】
（ビッカース硬さ試験）
次に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料について、ビッカース硬さ試験を行った。ビッカース硬さ試験は、室温において各試料に正４角錐のダイヤモンド製圧子を押し込むことによって行った。その際の荷重は３００ｇを主として用い、保持時間は２０秒とした。
図８にその結果を示す。図８は、ＮｂＣの添加量と室温ビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
図８を参照すると、ＮｂＣの添加量が増加するに従いその硬さも増加していることがわかる。ＮｂＣの添加量が２．５ａｔ．％以上でほぼ一定の値となっていることがわかる。
一般に金属は不純物が含まれるとその硬さを増すが、この実験でもＮｂＣを添加することにより、ビッカース硬さの値が増すことがわかった。
【００４６】
（引張試験）
次に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料について、引張試験を行った。引張試験は、室温〜１１７３Ｋの範囲で、ゲージ部が１０×２×１ｍｍ3の試験片を用いて、真空中、ひずみ速度１．６７×１０-4ｓ-1の条件で行った。その結果を図９〜図１４に示す。図９〜図１４は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料の降伏強度（yield strength）,引張強度（ＵＴＳ，ultimate tensile strength）及び伸び（elongation）と温度との関係を示したグラフである。
図９〜図１４を参照すると、ＮｂＣが添加されていない試料（Ｎｏ．１）が、約１０７３Ｋまで強度の逆温度依存性を示すことがわかる（図９）。つまり、温度の上昇とともに引張強度の値が上昇していることがわかる。また、これと同様にＮｂＣが添加されている試料（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６）も８７３Ｋまで強度の逆温度依存性を示すことがわかる（図１０〜図１４）。さらに、ＮｂＣの添加の有無にかかわらず、室温から高温において測定したすべての温度領域で０．３％〜４．７％の伸びを示すことがわかる。
【００４７】
次に、図１５〜図１８に、降伏強度,引張強度及び伸びとＮｂＣの添加量との関係を示す。図１５〜図１８は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料の上記引張試験の結果を解析したグラフである。
図１５を参照すると、室温（ＲＴ）では、ＮｂＣの添加量の増加とともに降伏強度,引張強度，伸びのすべての特性値が上昇しＮｂＣの添加量が１原子％付近で最大となることがわかる。特に、引張強度は１原子％付近で１．３ＧＰａを超えており、ＮｂＣの添加量が０．２原子％以上２．５原子％未満で優れた強度特性を示している。また、ＮｂＣの添加量が１原子％を超えると、ＮｂＣの添加量とともに降伏強度,引張強度及び伸びの値が減少していく傾向があるものの、降伏強度及び引張強度の値は、ＮｂＣが添加されていない試料（Ｎｏ．１）と同程度かそれ以上の特性を示すことがわかる。
また、図１６を参照すると、室温と同様に８７３ＫにおいてもＮｂＣの添加量の増加とともに降伏強度,引張強度，伸びのすべての値が上昇しＮｂＣの添加量が１原子％付近で最大となることがわかる。ＮｂＣの添加量が１原子％を超えると、各特性の値はやや減少するか、又はほとんど一定の値を示すことがわかる。特に、ＮｂＣの添加量が０．２原子％以上２．５原子％未満で優れた強度特性を示している。降伏強度及び引張強度は、ＮｂＣの添加量が１原子％を超えてもＮｂＣが添加されていない試料と比較して優れた特性を示している。
さらに、図１７を参照すると、ＮｂＣの添加量の増加とともに伸びの値が上昇している。また、図１７及び図１８を参照すると、降伏強度,引張強度はほとんど一定の値を示している。
以上のように、ＮｂＣを添加することにより、室温で、試料の強度（降伏強度,引張強度）が強化されていることがわかる。特に、ＮｂＣの添加量が２．５原子％未満のときに顕著であることがわかる。また、ＮｂＣの添加量が１．０原子％のときに、延性（伸び）が最も向上していることがわかる（室温〜１０７３Ｋ）。
【００４８】
これは、ＮｂＣから分解したＣが母相に固溶し、このため、固溶強化が生じたものと考えられる。また、この固溶強化は、低温領域で効果的に発現したものと考えられる。従って、ＮｂＣの添加による強度の向上は室温〜８７３Ｋで著しい。
さらに、Ｃが固溶する量には限度（固溶限）があるため、その限度まではＮｂＣの添加とともに強度が向上し、その限度を超えると強度の向上が止まるものと考えられる。このため、ＮｂＣの添加量が１％付近で強度は最大となると考えられる。
【００４９】
次に、引張試験後の各試料について破面観察を行った。図１９，図２０及び図２１に各試料の破面を示す。図１９は、室温（ＲＴ）、１０７３Ｋ，１１７３Ｋの各温度における引張試験後のＮｏ．１及びＮｏ．４試料の破面のＳＥＭ写真（低倍率写真）である。また、図２０は、図１９における各試料の破面を拡大して表示したＳＥＭ写真（高倍率写真）である。これらの図面において、（ａ），（ｂ），（ｃ）がＮｏ．１の試料、（ｄ），（ｅ），（ｆ）がＮｏ．４の試料、の破面を示している。図２１は、Ｎｏ．６の破面を拡大したＳＥＭ写真である。（ａ）は、室温、（ｂ）は、１０７３Ｋ、の引張試験後の破面である。
図１９及び図２０に示されるように、Ｎｏ．１の試料では、室温で擬へき開状破壊の様相を呈し、温度上昇とともに粒界破壊の傾向が大きくなっている。１１７３Ｋでは完全に粒界破壊をしていた（図１９及び図２０の（ａ），（ｂ），（ｃ））。
一方、Ｎｏ．４の試料では、室温から高温（１１７３Ｋ）において延性的な粒内破壊が見られた。また炭化物（第２相粒子）周辺では、ディンプル破壊の様式が見られた（図１９及び図２０の（ｄ），（ｅ），（ｆ））。
図２１に示されるように、炭化物の添加量が多い試料では、炭化物が粗大化しているため、炭化物が亀裂の発生原因になっていた（図２１の丸で囲まれた範囲）。
【００５０】
以上から、ＮｂＣを添加することにより、粒界破壊が抑制されて粒内破壊が起こるようになると考えられる。このため、延性が向上すると考えられる。また、炭化物の観察から、炭素の添加量が適切であれば、炭素が延性に寄与することが理解できる。
【００５１】
〔実施例６〜１１〕
次に、別の試料である比較例２及び実施例６〜１１を作製して、その機械的特性を調べた。
【００５２】
比較例２及び実施例６〜１１の鋳造材は、材料の地金の構成を除いてＮｏ．１〜Ｎｏ．６の試料と同様にして作製した。すなわち、ＮｂＣの粉体を材料とするのではなく、表８のＮｏ．７〜１３に示す割合のＮｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂの地金（それぞれ純度９９．９重量％）及びＣ，Ｂの粉体を材料とした。そして、これらの材料をアーク溶解炉内の鋳型中で溶解、凝固することによって鋳造材を作製した。アーク溶解炉の雰囲気は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料の作製と同様にし、電極及び鋳型もＮｏ．１〜Ｎｏ．６の試料の作製と同様のものを用いた。
【００５３】
ここで、表８において、Ｃが添加されていないＮｏ．７の試料が比較例２であり（基本合金ともいう）、Ｃが添加されているＮｏ．８〜１３の試料が本発明の実施例６〜１１である。
なお、表８において、Ｂ及びＣの数値は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂを含む合計１００ａｔ．％の組成に対する原子％の値である。Ｃは原子％のほか、参考としてｗｔ．ｐｐｍの値を記載している。
【００５４】
【表８】
2011118798.tif 000010
【００５５】
次に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料と同様に、作製された鋳造材に対して、溶体化熱処理として１５５３Ｋ×３時間の真空熱処理を施して、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３の試料を作製した。（この溶体化熱処理が第１熱処理を兼ね、その後の炉冷が、Ｌ１2相とＤ０22相とが共存する温度への冷却に相当することも実施例１〜５と同じである。）
【００５６】
（組織観察）
次に、作製されたＮｏ．７〜Ｎｏ．１３の試料について、ＳＥＭによる組織観察を行った。図２２〜図２５にその写真を示す。図２２〜図２５は、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３の試料のＳＥＭ写真であり、図２２及び図２３が低倍率写真（１０００倍）であり、図２４及び図２５が同試料の母相（ｍａｔｒｉｘ）の高倍率写真（５０００倍）である。図２２〜図２５において、（ａ）がＮｏ．７、（ｂ）がＮｏ．８、（ｃ）がＮｏ．９、（ｄ）がＮｏ．１０、（ｅ）がＮｏ．１１、（ｆ）がＮｏ．１２、（ｇ）がＮｏ．１３にそれぞれ対応している。
【００５７】
図２２及び図２３を参照すると、Ｃが０．１ａｔ．％以上添加されているＮｏ．８〜Ｎｏ．１３の試料には、炭化物と考えられる第２相粒子が存在し、Ｎｏ．７の試料には、この第２相粒子が存在しないことがわかる。このことから、Ｎｂ添加量を一定にしてＣ添加量を増加させると、Ｃが０．１ａｔ．％以上のときに第２相粒子が形成されることがわかった。
また、図２４及び図２５を参照すると、Ｃの添加の有無及びその添加量によらず、２重複相組織が形成されていることがわかる。すなわち、各試料の母相に初析Ｌ１2相と共析組織が形成されていることがわかる。この組織観察から、ＮｂＣの添加の場合（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の試料の場合）と同様に、ＮｂとＣが別々に金属間化合物に導入されても（Ｎｂ添加量を一定にしたままでＣ添加量を増加させたとしても）、２重複相組織が維持されることがわかった。
【００５８】
（組成分析）
また、Ｎｏ．７及びＮｏ．１３の試料について、ＥＰＭＡによる母相の組成分析を行った。表９にその結果を示す。表９は、Ｎｏ．７及びＮｏ．１３の試料の組成分析結果を示す表である。表８の数値はすべて原子％（ａｔ．％）である。
【００５９】
【表９】
2011118798.tif 000011
【００６０】
表９を参照すると、Ｎｏ．１３の試料の母相は、Ｎｏ．７の試料の母相よりもＶの濃度が低いものの、他の組成はほぼ同じであることがわかる。この結果から、ほぼ同じ濃度からなる母相が形成されていることはわかる。
なお、Ｎｏ．１３の炭化物（第２相粒子）について、ＥＰＭＡによる分析を行った結果、Ｖ及びＮｂが炭化物を形成している（Ｖ，Ｎｂ及びＣが主成分の組織）ことがわかった（炭化物が細かく正確な分析ができなかったため、表に掲載せず）。
【００６１】
（引張試験）
次に、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３の試料について引張試験を行った。引張試験は、室温〜１１７３Ｋの範囲で、ゲージ部が１０×２×１ｍｍ3の試験片を用いて、真空中、ひずみ速度１．６７×１０-4ｓ-1の条件で行った。その結果を図２６〜図２９に示す。図２６〜図２９は、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１３の試料の降伏強度（yield strength）,引張強度（ＵＴＳ，ultimate tensile strength）及び伸び（elongation）とＣ濃度との関係を示したグラフである。試験温度は、図２６が室温（ＲＴ）、図２７が８７３Ｋ、図２８が１０７３Ｋ、図２９が１１７３Ｋである。
【００６２】
図２６を参照すると、室温（ＲＴ）では、Ｃの添加量の増加とともに引張強度，伸びの特性値が上昇する傾向にあることがわかる。また、引張強度、降伏強度、伸びのいずれもＣの添加量が０．１原子％でその値が上昇していることがわかる。特にＣの添加による伸び特性の改善が顕著である。
【００６３】
また、図２７を参照すると、８７３Ｋにおいても、Ｃの添加量の増加とともに伸びの特性値が上昇する傾向にあることがわかる。Ｃの添加量が０．１原子％でも効果があり、特に、Ｃの添加量が２．０原子％より多いときに、Ｃが添加されていない試料よりも顕著に特性が改善していることがわかる。
【００６４】
また、図２８及び図２９を参照すると、１０７３Ｋ及び１１７３Ｋにおいても同様の傾向があることがわかる。すなわち、１０７３Ｋ及び１１７３ＫにおいてもＣの添加量の増加とともに伸びの特性値が上昇する傾向にあることがわかる。
【００６５】
以上のように、基本組成に対してＣを添加することにより、室温から高温の広範な温度域で、試料の強度（引張強度）が強化され，かつ伸びも増大していることがわかる。
【００６６】
〔実施例１２〜１６〕
さらに、実施例１〜５の実験と同様の実験を、Ｎｉ：７５ａｔ．％，Ａｌ：９ａｔ．％，Ｖ：１３ａｔ．％，Ｎｂ：３ａｔ．％，ＴｉＣ：０〜５．０ａｔ．％，Ｂ：１００ｗｔ．ｐｐｍ（ＴｉＣの含有量は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂの合計１００原子％に対する量）で実施した。この実験はＮｂＣではなく、ＴｉＣによりＣを添加し、Ｎｂは別々に添加した。その結果を以下に実施例１２〜１６として説明する。
【００６７】
比較例３及び実施例１２〜１６の鋳造材は、表１０のＮｏ．１４〜１９に示す割合のＮｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂの地金（それぞれ純度９９．９重量％）及びＢ，ＴｉＣの粉体（粒径約１〜３μｍ）をアーク溶解炉内の鋳型中で溶解、凝固することによって作製した。アーク溶解炉の雰囲気、電極及び鋳型は、実施例１〜５と同様にした。なお、表１０の数値の記載方法は表４と同じである。表４に対する表５の場合と同様に、Ｎｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ及びＣの合計（Ｂを除く）を１００原子％としたときの各元素の原子％を表１１に示す。
【００６８】
【表１０】
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【００６９】
【表１１】
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【００７０】
ここで、表１０及び表１１において、ＴｉＣが添加されていない、Ｎｏ．１４の試料が比較例３であり（基本合金ともいう）、ＴｉＣが添加されている、Ｎｏ．１５〜１９の試料が本発明の実施例１２〜１６である。
【００７１】
（鋳造材の外観観察）
作製された試料について、その断面の光学顕微鏡観察を行った。図３０にＮｏ．１４，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９の断面写真を示す。図３０において（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各写真は、Ｎｏ．１４，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１７，Ｎｏ．１９の試料の各写真にそれぞれ対応している。
図３０を参照すると、Ｎｏ．１５から結晶粒が微細化していることがわかる。
また、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９の外観観察から、ＴｉＣの添加量が０．２ａｔ．％から０．５ａｔ．％の間で、結晶粒の微細化が進むことが判明した。これは、ＮｂＣの添加の実験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）と同様の結果であった。
【００７２】
次に、作製された試料に対して、溶体化熱処理として１５５３Ｋ×３時間の真空熱処理を施した。
なお、この実験において、上記溶体化熱処理が第１熱処理を兼ねており、その後の炉冷が、Ｌ１2相とＤ０22相とが共存する温度への冷却に相当する。
【００７３】
（組織観察）
次に、熱処理された試料について、ＳＥＭによる組織観察を行った。図３１及び図３２にその写真を示す。図３１は、Ｎｏ．１４，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９の試料のＳＥＭ写真（１０００倍）であり、図３２は同試料の母相（matrix）を高倍率で観察したときのＳＥＭ写真（５０００倍）である。また、図３１及び図３２において、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各写真は、Ｎｏ．１４，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１７及びＮｏ．１９の各試料にそれぞれ対応している。
図３１を参照すると、ＴｉＣが添加された試料のうちＮｏ．１７及びＮｏ．１９には、炭化物と考えられる第２相粒子が存在し（図３１における矢印の部分）、Ｎｏ．１４及びＮｏ．１５にはこの第２相粒子が存在しないことがわかる。
図３２を参照すると、ＴｉＣの添加の有無にかかわらず、各試料の母相に２重複相組織が形成されていることがわかる。また、各試料の母相に初析Ｌ１2相と共析組織が形成されていることがわかる。これらのことから、ＴｉＣの添加によるＣが金属間化合物に導入されても、２重複相組織が維持されることがわかった。これはＮｂＣの添加におけるＣの場合と同様であった。
【００７４】
（組成分析）
また、熱処理が施された試料について、ＥＰＭＡによる母相と炭化物（第２相粒子）の組成分析を行った。表１２及び表１３にその結果を示す。表１２は、Ｎｏ．１４の試料における母相（matrix）の組成分析結果を示す表であり、表１３は、Ｎｏ．１９の試料における母相（matrix）及び炭化物（第２相粒子：表では「Dispersion」と記載）の組成分析結果を示す表である。Ｎｏ．１４の試料は、炭化物（第２相粒子）が観察されたＮｏ．１９の試料と組成を比較するために示す。なお，表１２と表１３中の数値はすべて原子％（ａｔ．％）である。
【００７５】
【表１２】
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【００７６】
【表１３】
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【００７７】
表１２及び表１３を参照すると、Ｎｏ．１９の試料の母相は、Ｎｏ．１４の試料の母相よりもＶ，Ｎｂの濃度が低く、Ｔｉ及びＣの濃度が高いことがわかる。また、Ｎｏ．１９の試料の炭化物（第２相粒子）は、Ｔｉ及びＣのほか、Ｖ，Ｎｂの濃度が高いことがわかる。さらに、Ｎｏ．１９の試料は、母相及び炭化物ともに、Ｔｉの濃度とＣの濃度との比が１対１ではないことがわかる。以上から、添加されたＴｉＣは、溶出して新たな組織を形成していることが理解できる。また、ＴｉＣを添加することにより、Ｔｉ及びＣが母相に、Ｖ及びＮｂが炭化物（第２相粒子）にそれぞれ分配され、固溶したことが理解できる。Ｔｉ及びＣの母相への固溶は、その量が異なるので、ＴｉＣ以外に、Ｔｉ及びＣを別々に試料に導入しても２重複相組織を形成できることが推察できる。これはＮｂとＣを別々に試料に導入しても２重複相組織を形成できることを示すものであり、ＮｂＣの添加の実験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）と同様の結果であった。
【００７８】
（相同定）
次に、熱処理された試料について、金属組織の相を同定するためＸ線測定を行った。図３３〜図３６にその結果を示す。図３３〜図３６は、Ｎｏ．１４の試料及びＮｏ．１６の試料，Ｎｏ．１７の試料，Ｎｏ．１９の試料のＸ線回折プロファイルである。図の中の印は、２重複相組織を構成する材料であるＮｉ3Ａｌ（L１2相），Ｎｉ3Ｖ（Ｄ０22相）及びＴｉＣのピーク位置を示している。これらのピーク位置は、おのおの、丸印、三角印、四角印で示している。
図３３〜図３６に示されるように、Ｎｏ．１６，Ｎｏ．１７，Ｎｏ．１９において、ＴｉＣによるピークが観察された。Ｎｏ．１４及びＮｏ．１６，Ｎｏ．１７，Ｎｏ．１９のいずれの試料においても、Ｎｉ3Ａｌ（L１2相）及びＮｉ3Ｖ（Ｄ０22相）によるピークが観察された。以上から、ＴｉＣの添加の有無によらず、すべての試料で、ＴｉＣのピークを除いて２重複相組織の構成相であるＮｉ3Ａｌ（L１2相）及びＮｉ3Ｖ（Ｄ０22相）以外の相は形成されていないことがわかった。また、上記組織で観察された炭化物（第２相粒子）がＴｉＣであることがわかった。
【００７９】
（ビッカース硬さ試験）
次に、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９の試料について、ビッカース硬さ試験を行った。ビッカース硬さ試験は、室温において各試料に正４角錐のダイヤモンド製圧子を押し込むことによって行った。その際の荷重は３００ｇを主として用い、保持時間は２０秒とした。
図３７にその結果を示す。図３７は、ＴｉＣの添加量と室温ビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
図３７を参照すると、ＴｉＣが添加されていないときが最も硬く（約５５０Ｈｖ）、ＴｉＣの添加量が増加するに従いその硬さも減少することがわかる。一般に金属は不純物が含まれるとその硬さを増すが、Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９の試料では、ＴｉＣが添加されているにもかかわらず、ビッカース硬さの値が減少していることがわかる。
【００８０】
（引張試験）
次に、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９の試料について、引張試験を行った。引張試験は、室温〜１１７３Ｋの範囲で、ゲージ部が１０×２×１ｍｍ3の試験片を用いて、真空中、ひずみ速度１．６７×１０-4ｓ-1の条件で行った。その結果を図３８〜図４３に示す。図３８〜図４３は、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９の試料の降伏強度,引張強度及び伸びと温度との関係を示したグラフである。
図３８〜図４３を参照すると、ＴｉＣが添加されていない試料（Ｎｏ．１４）が、約１０７３Ｋまで強度の逆温度依存性を示すことがわかる（図３８）。つまり、温度の上昇とともに引張強度の値が上昇していることがわかる。また、これと同様にＴｉＣが添加されている試料（Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１９）も８７３Ｋ又は１１７３Ｋまで強度の逆温度依存性を示すことがわかる（図３９〜図４３）。さらに、ＴｉＣの添加の有無にかかわらず、室温から高温において測定したすべての温度領域で０．６５％〜５．３％の伸びを示すことがわかる。ＮｂＣの添加の実験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）では、０．３〜４．７％の伸びであったので、同様の傾向を示すことがわかる。
【００８１】
次に、図４４〜図４７に、降伏強度,引張強度及び伸びとＴｉＣの添加量との関係を示す。図４４〜図４７は、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９の試料の上記引張試験の結果を解析したグラフである。
図４４を参照すると、室温（ＲＴ）では、ＴｉＣの添加量の増加とともに降伏強度,引張強度，伸びのすべての特性値が上昇しＴｉＣの添加量が１原子％付近で最大となることがわかる。特に、引張強度は１原子％付近で１．３ＧＰａを超えており、ＴｉＣの添加量が０．２原子％以上２．５原子％未満で優れた強度特性を示している。また、ＴｉＣの添加量が１原子％を超えると、ＴｉＣの添加量とともに降伏強度,引張強度及び伸びの値が減少していく傾向があるものの、ＴｉＣが添加されていない試料（Ｎｏ．１４）と同程度かそれ以上の特性を示すことがわかる。
また、図４５を参照すると、室温と同様に８７３ＫにおいてもＴｉＣの添加量の増加とともに降伏強度,引張強度，伸びのすべての値が上昇しＴｉＣの添加量が１原子％付近で最大となることがわかる。ＴｉＣの添加量が１原子％を超えると、各特性の値はやや減少するか、又はほとんど一定の値を示すことがわかる。特に、ＴｉＣの添加量が０．２％原子以上２．５原子％未満で優れた強度特性を示している。
さらに、図４６及び図４７を参照すると、ＴｉＣの添加量の増加とともに伸びの値が上昇しＴｉＣの添加量が１原子％付近で最大となるか又はほとんど一定の値をとることがわかる。
以上のように、ＴｉＣを添加することにより、室温で、試料の強度（降伏強度,引張強度）が強化されていることがわかる。特に、ＴｉＣの添加量が２．５原子％未満のときに顕著であることがわかる。また、ＴｉＣを添加することにより、室温のみならず高温においても延性（伸び）が向上していることがわかる。特に、ＴｉＣの添加量が１原子％となるまで、その添加に応じて延性が向上している。
【００８２】
これは、ＴｉＣから分解したＣが母相に固溶し、このため、固溶強化が生じたものと考えられる。また、この固溶強化は、低温領域で効果的に発現したものと考えられる。従って、ＴｉＣの添加による強度の向上は室温〜８７３Ｋで著しい。
さらに、Ｃが固溶する量には限度（固溶限）があるため、その限度まではＴｉＣの添加とともに強度が向上し、その限度を超えると強度の向上が止まるものと考えられる。このため、ＴｉＣの添加量が１％付近で強度は最大となると考えられる。
【００８３】
次に、引張試験後の各試料について破面観察を行った。図４８及び図４９に各試料の破面を示す。図４８は、室温（ＲＴ）、１０７３Ｋ，１１７３Ｋの各温度における引張試験後のＮｏ．１４及びＮｏ．１７試料の破面のＳＥＭ写真（低倍率写真）である。また、図４９は、図４８における各試料の破面を拡大して表示したＳＥＭ写真（高倍率写真）である。これらの図面において、（ａ），（ｂ），（ｃ）がＮｏ．１４の試料、（ｄ），（ｅ），（ｆ）がＮｏ．１７の試料、の破面を示している。
図４８及び図４９に示されるように、Ｎｏ．１４の試料では、室温で擬へき開状破壊の様相を呈し、温度上昇とともに粒界破壊の傾向が大きくなっている。１１７３Ｋでは完全に粒界破壊をしていた（図４８及び図４９の（ａ），（ｂ），（ｃ））。
一方、Ｎｏ．１７の試料では、室温から高温（１１７３Ｋ）において延性的な粒内破壊が見られた。また炭化物（第２相粒子）周辺では、ディンプル破壊の様式が見られた（図４８及び図４９の（ｄ），（ｅ），（ｆ））。なお、炭化物の添加量が多くなると炭化物が粗大化し、炭化物が亀裂の発生原因になっている様子も観察された。
【００８４】
以上から、ＴｉＣを添加することにより、粒界破壊が抑制されて粒内破壊が起こるようになると考えられる。このため、延性が向上すると考えられる。また、炭化物の観察から、炭素の添加量が適切であれば、炭素が延性に寄与することが理解できる。
【００８５】
このように、ＣをＴｉＣという形で、Ｎｂと別に添加する実験を実施したところ、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６（実施例１〜５）の場合と同様に、引張強度及び延性特性の向上が確認できた（ＮｂＣの添加と同様に、特にＴｉＣの添加量が２．５原子％未満のときに顕著であった）。このことからも、引張強度及び延性特性の向上にＣが寄与していることが確認できた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【国際調査報告】
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